Measuring Brain Activity of Cattle Under Stress, Using Temperature Sensing Technology to Improve Animal Welfare

动物和人一样，也会产生情绪。它们会体验恐惧、压力和舒适，而这些内在状态会引发身体的物理变化。当动物感到受到威胁时，其神经系统会进入高度活跃状态，分泌激素以加速心跳并改变血液流动。几十年来，科学家们一直试图寻找一种既不干扰动物又不会给它们带来更多压力的测量方法。一个充满前景的研究方向涉及大脑本身。在许多物种中，大脑的左侧和右侧处理不同类型的思维和感受。右侧通常与负面情绪和突发惊吓有关，而左侧则负责常规和积极的体验。由于大脑的血流量在这些不同部分活跃时会发生变化，大脑附近的皮肤温度也会随之发生微小的偏移。如果研究人员能够准确测量这些细微的温度变化，他们或许就能从远处“读取”动物的情绪状态。

如何测量动物情绪而不进行侵入性干扰，是萨尔福大学（University of Salford）的萨菲亚·希尔伍德（Saphia Silverwood）和肖恩·J·奥哈拉（Sean J. O'Hara）研究的核心课题。他们着手测试温度传感器是否能揭示牛的情绪状态，特别是在观察牛在压力时刻左右脑是否运作方式不同的迹象。研究人员将注意力集中在耳朵上，因为耳朵富含血管且靠近大脑，他们希望观察当牛处于压力之下时，是否会出现一只耳朵比另一只耳朵更热的情况。他们使用了两种不同的工具：一种是需要插入耳道的标准体温计，另一种是可以在短距离内拍摄耳朵表面温度的手持式热成像仪。他们的目标是观察这些方法是否不仅能检测出牛处于压力状态，还能检测出其大脑处理这种压力的具体方式。

这项研究是在英国曼彻斯特的一个社区农场进行的，当时正值寒冷的十二月。研究人员对三十五头不同品种的牛进行了实验，包括赫里福德牛（Herefords）和利木赞牛（Limousins），年龄涵盖从幼牛到成年牛。这些动物已经习惯了被人工处理，但此前从未参与过科学测试。团队首先记录了每头牛在平静站立时的心率和体温。然后，他们将动物逐一移动到固定架（cattle crush）中——这是一种用于日常兽医护理、将牛固定住的狭窄金属槽。这种限制环境已知会对牛造成压力，导致其心率上升。在牛被固定在固定架期间，研究人员迅速重复了测量过程，使用体温计和热成像仪分别检查了左右耳的心率和温度。

结果证实，牛确实处于压力状态。每个年龄组在进入固定架后都表现出心率上升。成年牛的平均心率从约每分钟98次跳升至约每分钟135次。较年轻的动物也表现出类似的增长。这证实了该情境足以引发明显的生理反应。当研究人员观察耳温时，他们发现牛的耳朵在压力事件期间确实变热了。耳道内的温度在两耳中都上升了约1.1摄氏度。热成像仪也捕捉到了表面温度的升高，尤其是右耳，平均升温了约2摄氏度。

然而，研究并未发现研究人员所期望的那种特定模式。他们曾预测，如果牛正在处理负面情绪，其大脑右侧会更加活跃，从而导致左耳比右耳更热。但事实并非如此，两耳的温度是同步上升的。左右两侧之间没有明显的差异来表明其中一个大脑半球比另一个更活跃。数据呈现出对称性的升温，这意味着压力影响了整个大脑或身体的整体循环，而没有偏向于某一侧。这一发现表明，虽然牛确实承受了压力，但它们的大脑并未表现出某些情绪理论所预言的那种单侧活动。

研究人员还对比了两种测量工具，以观察它们是否一致。他们发现，耳道内的体温计读数始终比观察表面的热成像仪高出约5到6摄士度。这种差距是在预料之中的，因为谷仓里的空气很冷，冷却了耳朵外部，而体温计测量的是深层热量。尽管在绝对数值上存在差异，但两种工具在核心观点上是一致的：即在牛处于压力时，温度确实上升了。热成像仪能够检测到变化，但由于天气寒冷以及牛毛的厚度，其读数不如体温计精确。研究结论认为，虽然热成像是一种用于识别一般性压力的有效非侵入性工具，但目前还不够精确，无法检测出可能揭示牛特定情绪状态的细微单侧大脑活动。

最终，这项研究既凸显了利用温度理解动物情绪的潜力，也展示了其局限性。研究证明，牛确实会经历导致体温升高的压力，证实了它们拥有可以通过物理手段测量的丰富情感生活。然而，本次实验所用的方法尚不足以绘制出大脑左右半球的具体活动图谱。寒冷的环境和牛耳朵的物理结构使得观察精细细节变得困难。作者建议，未来的研究可能需要关注脸部的其他部位（如眼睛），或者等待更适合在寒冷条件下工作的技术。目前，这项工作提醒我们，虽然我们越来越擅长倾听动物，但在了解它们的思维方式以及如何更好地照顾它们方面，仍有很长的路要走。